WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |

Проблемная ситуация, сложившаяся в области объекта исследований, определяется совместной (системной) нерешенностью выделенных проблем (1). Эти проблемы освещаются в научной литературе лишь с какой-то одной определенной стороны, иногда – только обозначаются или содержат ссылочную библиографию.

Кроме того, как показано в главе 2, есть свои проблемы в инструментарии исследований, то есть, в области предмета исследований. Разрешение выявленной таким образом проблемной ситуации становится возможным лишь на основе комплексного анализа упоминаемых проблем (1) с единых позиций, и это позволяет получить новые научные результаты, направленные именно на преодоление проблемной ситуации.

Цель и задачи исследований

Целью исследований является преодоление отмеченной выше проблемной ситуации. Здесь - это совместное решение проблем управления (1), создание методов, алгоритмов и программ, позволяющих реализовать соответствующие ИУС, ориентированные на потребности практики, а также получение оценок точности достигаемых решений.

Для достижения поставленной цели решаются следующие научные задачи и подзадачи, отраженные в названиях глав диссертации:

  1. Анализ информационно-управляющих систем как объекта исследований. Выявление проблемной ситуации.
  2. Выбор математического аппарата как инструментария исследования процессов реального времени.
  3. Применение выбранного математического аппарата для анализа динамических процессов в системах с дискретно-непрерывными преобразованиями сигналов – на примере анализа линейных систем с цифровым регулятором в цепи обратной связи.
  4. Методические вопросы анализа случайных процессов в информационно-управляющих системах:

- учет эргодичности процессов после линейных и нелинейных, а

также при дискретно-непрерывных преобразованиях сигналов;

- анализ линейных динамических объектов в условиях случайных

воздействий и помех;

- регулирование по случайным возмущениям на входе и его ха-

рактеристики;

  1. Ограниченное время наблюдения (на примере идентификации характеристик динамических объектов).
  2. Синтез информационно-управляющих систем (на примере управления нелинейными объектами, оптимизации и адаптации).
  3. Разработка проблемно-ориентированного информационного, программного и технического обеспечения, реализованного в ИУС реального времени и в учебном процессе.

Научная новизна исследований

Научная новизна диссертации состоит в теоретическом обобщении и развитии подходов, обеспечивающих совместное решение обозначенных проблем управления (работа в реальном времени, учет динамических свойств объектов, стохастичность воздействий и малая изученность объектов, наличие дискретно-непрерывных преобразований, ограниченность интервалов наблюдения, создание системных и прикладных компьютерных программ) и, соот-ветственно, - создание на этой основе методов, алгоритмов, программ и реализующих их ИУС, ориентированных на потребности практики.

Научная новизна исследований проявляется в следующих новых научных результатах.

I. Показано, что:

  1. Адекватный математический аппарат для анализа сложных

ИУС, позволяющий одновременно учитывать реальное время, динамику процессов, дискретно-непрерывные преобразования, случайные воздействия и ограниченный интервал наблюдения, должен базироваться на использовании уравнения свертки и теории случайных процессов.

  1. Описание линейной системы с дискретно-непрерывным кана-

лом и системы управления с цифровым регулятором может быть приведено к форме уравнения свертки; при этом эквивалентная весовая функция определяется из решения интегрального уравнения Вольтерра 2-го рода; присутствие в этом уравнении в явном виде периода отсчетов Ts предопределяет его влияние на результирующую весовую функцию.

  1. Линейное преобразование эргодического входного процесса дает эргодический выходной процесс, как для непрерывных сигналов, так и для сигналов, дискретизированных во времени; существует класс нелинейных преобразований нормального случайного процесса, не нарушающих его эргодичности.
  2. Решение статистических задач с усреднением по множеству и по времени может приводить к разным результатам. На примере решения задачи идентификации показано, что при усреднении по множеству искомая оценка оказывается абсолютно точной независимо от уровня помехи; при усреднении по времени дисперсия оценки зависит от относительного уровня помехи и числа используемых отсчетов.
  3. Механизм возникновения погрешностей весовой функции при идентификации динамических объектов по реализациям ограниченной длины (получивший название «эффекта запасенной энергии») кроется в

некорректном использовании доступных данных.

II. Получены:

  1. Условие сходимости ряда, используемого при выводе соотно-

шения для дисперсии оценки коэффициента усиления безинерционного

звена в задаче идентификации.

  1. Выражение для ковариационной матрицы погрешности оценки идентификации динамического объекта при наличии аддитивной помехи на выходе и коррелированном входном сигнале.
  2. Соотношения для количественного анализа дуального управле-

ния нелинейным динамическим объектом в условиях случайных возмущений, помех и ограниченных интервалов наблюдения.

  1. Соотношения для количественного анализа алгоритмов управления нелинейным динамическим объектом при наличии дрейфа, рассматриваемого как стационарный случайный процесс с заданной ковариационной функцией.
  2. Соотношения для оптимального уровня параметров, доступных для регулирования в адаптивной системе управления и количественные характеристики эффективности адаптивного управления, а также соотношения, определяющие границы целесообразности адаптивного управления в зависимости от крутизны характеристики объекта, сочетания временных свойств дрейфа и периода отсчетов, соотношения дисперсий помехи и дрейфа.

III. Истолкованы, промоделированы и количественно оценены:

  1. Работоспособность соотношения для определения доверительных границ оценки коэффициента усиления безинерционного звена.
  2. Существование инвариантных сочетаний параметров полезного сигнала, помехи, дрейфа, статических и динамических характеристик объекта и системы управления, которые определяют эффективность адаптивного управления.

IV. Разработаны:

  1. Методика и алгоритмы для идентификации весовой функции и коэффициента передачи объекта по реализациям ограниченной длины, а также методика для расчета ковариационной матрицы погрешности оценки и улучшения статистических свойств оценки весовой функции.
  2. Методика и алгоритмы для практического осуществления дуального управления.
  3. Методика, алгоритмы и рабочие программы операционных систем реального времени для отечественных мини- и микроЭВМ.
  4. Методика, алгоритмы и рабочие программы ИУС реального времени, внедренных в народное хозяйство.

V. Выдвинута:

  1. Концепция предоставления пользователю-непрограммисту воз-

можности определенной адаптации программного комплекса к изменяющимся требованиям без привлечения разработчиков.

Достоверность новых научных результатов подтверждена математическим обоснованием полученных результатов, их аналитическим и имитационным моделированием, натурным тестированием, а также

внедрением в практику – многолетним использованием:

- в промышленности (см. раздел «Реализация новых научных результатов работы»);

- в учебном процессе МИЭТ (на кафедре «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем»).

Научные положения, выносимые на защиту:

1) Анализ и синтез информационно-управляющих систем требуют совместного учета таких особенностей объектов управления, как:

  • работа в реальном времени,
  • учет динамических свойств объектов,
  • стохастичность воздействий и малая изученность объектов,
  • наличие дискретно-непрерывных преобразований,
  • ограниченность интервалов наблюдения,
  • создание системных и прикладных компьютерных программ.

2) Для получения адекватных результатов при анализе линейных динамических объектов, в том числе, с дискретно-непрерывными преобразованиями, явным учетом периода дискретизации и возможностью учета стохастических воздействий, необходимо проведение анализа во временной области и использование уравнения свертки.

3) Применение статистических методов и эргодической гипотезы в рассматриваемых условиях становится методически обоснованным и конструктивным за счет следующих доказательств:

- линейные и дискретно-непрерывные преобразования исходных эргодических процессов не нарушают их эргодичности;

- существует класс сигналов и нелинейных преобразований, взаимодействие которых не нарушает эргодичности процесса, в том числе, при дискретно-непрерывных преобразованиях сигнала;

- при обработке реализаций ограниченной длины имеется принципиальная разница в результатах, достигаемых при усреднении по мно-

жеству и по времени.

4) Идентификация весовой функции динамического объекта требует различного использования отсчетов сигналов на входе и выходе объ-

екта, а также специального алгоритма их обработки. Разработан рабо-

чий алгоритм идентификации и получены оценки точности его работы.

Предложен метод дальнейшего улучшения оценки на основе вида ковариационной матрицы погрешности идентификации.

5) При дуальном управлении нелинейным динамическим объектом

есть оптимальный уровень допустимых флуктуаций входного сигнала. Существует набор инвариантных сочетаний параметров объекта, сигналов и дрейфа, определяющих эффективность адаптивного управления и «потолок возможностей» системы управления. Синтезирован рабочий алгоритм оптимального управления нелинейным динамическим объектом в условиях дрейфа, случайных воздействий, помех и ограниченных интервалов наблюдения.

6) Создание рассматриваемого класса ИУС требует разработки операционных систем реального времени и специального программного обеспечения. Разработаны соответствующие методики, алгоритмы и рабочие программы операционных систем реального времени для первых отечественных мини- и микроЭВМ, а также алгоритмы и рабочие программы ИУС реального времени, внедренных в народное хозяйство.

Теоретической и методической основой исследований являются: теория автоматического управления, теория случайных процессов, векторный анализ, теория вариационного исчисления, теория стохастических систем, проверка результатов с помощью компьютерного моделирования, широкое апробирование операционных систем реального времени на первых отечественных мини- и микро-ЭВМ.

Практическая ценность и значимость диссертации прослеживаются в трех направлениях.

1. Разработанный теоретический аппарат и методики позволяют объяснить и устранить неоднозначности и ошибки, возникающие при попытках применить классический подход к построению ИУС, работающих в условиях случайных возмущений, помех и ограниченных интервалов наблюдения. Полученные количественные характеристики точности, учитывающие эти условия, создают надежную методическую базу для непосредственного построения рабочих алгоритмов ИУС разных иерархических уровней, использующих данные нормального функционирования объектов для их изучения и управления ими.

2. Программы операционных систем реального времени, разработанных автором лично и созданных под его руководством, позволили оснастить ими серийные мини- и микроЭВМ. Экономический эффект проведенных под руководством автора НИОКР по созданию програм-

много обеспечения имеет порядок нескольких миллионов рублей.

3. Полученные теоретические результаты, методики и модели внедрены в учебный процесс МИЭТ – Московского государственного института электронной техники (технического университета) – в виде поставленного автором учебного курса «Программное обеспечение управляющих систем».

Реализация новых научных результатов работы

Реализация в промышленности. При работе автора в качестве научного руководителя, главного конструктора, а также непосредственного исполнителя НИОКР в НИИ «Научный Центр» и НПО «Научный Центр» (работы входили в план важнейших работ Министерства электронной промышленности) получены следующие результаты:

  1. Создан стандарт предприятия «Операционная система для ЭВМ «Электроника-100», [43], 1974 г.
  2. Проведен комплекс работ по алгоритмизации и автоматизации технологических процессов на Южной промышленной зоне Зеленограда и построению на их базе распределенных систем управления ([44], [46]), 1975-82 г.г.
  3. Проведен комплекс работ по координации и методическому ру-ководству работами по АСУТП в подотрасли, [45], 1978-80 г.г.
  4. Созданы операционные системы для первых отечественных микроЭВМ, послужившие основой для разработки программного обеспечения ИУС и САПР ([47], [48]), 1982-83 г.г.
  5. Создана система автоматизации программирования для заказчиков от ракетно-космической фирмы ([50], [51]), 1983-86 г.г.
  6. Организованы совместно с МИЭТ первые в стране курсы по программированию на ДВК. Проведено обучение на них свыше 2000 слушателей, 1983-88 г.

Кроме того, научные результаты диссертации использованы при проведении НИОКР в следующих организациях:

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»